本發明屬于信息監測，尤其涉及一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法。

背景技術：

1、大型公共建筑群的健康監測是一項復雜的系統工程，涉及建筑物自身的結構安全、使用功能以及建筑群整體的協調性。傳統的監測手段通常針對單個建筑物，難以全面評估建筑群的整體狀況。利用三維激光掃描技術可以獲取建筑群的精細三維模型，但如何將海量的三維點云數據與建筑群的實際健康狀況相關聯，是一個亟待解決的關鍵技術問題。

2、北斗定位系統能夠提供精確的時空位置信息，但在復雜的建筑環境中，定位精度容易受到信號遮擋、多路徑效應等因素的影響，難以滿足建筑群健康監測的高精度定位需求。同時，北斗定位數據與三維激光掃描數據在時空尺度上存在差異，如何實現兩類數據的有效融合，構建統一的時空基準，也是一個技術難點。因此，亟需一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發明提出了一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，能夠有效提升建筑群安全監測的精度和效率。

2、本發明提供了一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，包括：

3、獲取三維點云數據和北斗定位數據；

4、基于所述三維點云數據和北斗定位數據，獲取建筑物之間的拓撲結構，采用有限元分析法，對所述拓撲結構進行分析，獲取分析結果；

5、采用多尺度分析法，提取建筑群的特征信息，并結合所述分析結果，獲取建筑群健康狀態指標；

6、獲取待監測建筑群數據，將所述待監測建筑群數據和建筑群健康狀態指標輸入至建筑群異常監測模型，獲取監測結果。

7、可選的，獲取所述三維點云數據包括：

8、獲取建筑群的初始三維點云數據；

9、采用統計濾波算法去除所述初始三維點云數據中的噪聲點和離群點，將處理后的點云數據進行空間坐標系的統一，獲取所述三維點云數據。

10、可選的，基于所述三維點云數據和北斗定位數據，獲取建筑物之間的拓撲結構包括：

11、將所述三維點云數據和北斗定位數據進行配準，建立統一的時空基準；

12、基于所述統一的時空基準，獲取建筑物之間的拓撲結構。

13、可選的，將所述三維點云數據和北斗定位數據進行配準，建立統一的時空基準包括：

14、采用坐標轉換算法將所述北斗定位數據的位置信息轉換至目標坐標系下，得到統一坐標系下的位置信息；

15、根據所述統一坐標系下的位置信息，獲取對應的三維點云數據，采用特征匹配算法將所述位置信息與所述三維點云數據進行配準，得到配準后的位置信息和三維點云數據；

16、對所述配準后的位置信息和三維點云數據進行時間同步，將所述配準后的位置信息和三維模型數據統一至相同的時間基準下；

17、根據所述相同的時間基準，采用空間變換算法對所述配準后的位置信息和三維點云數據進行坐標系統一，建立統一的時空基準。

18、可選的，采用有限元分析法，對所述拓撲結構進行分析，獲取分析結果包括：

19、采用有限元分析法，計算所述拓撲結構中建筑物在荷載作用下的應力和變形，得到建筑物之間的荷載傳遞過程；

20、根據所述荷載傳遞過程，獲取所述建筑物的振動特性參數，根據所述振動特性參數，分析建筑群在地震動力荷載下的共振效應，得到所述建筑群的振型和頻率；

21、根據所述建筑物之間的荷載傳遞過程以及所述建筑群的振型和頻率，評估所述建筑群的整體性能和安全性，得到建筑群性能分析結果。

22、可選的，采用多尺度分析法，提取所述建筑群的特征信息包括：

23、采用多尺度分析方法，從建筑單體、建筑群局部和整體三個空間尺度，以及短期、中期和長期三個時間尺度提取建筑群的關鍵特征信息。

24、可選的，所述建筑群異常監測模型通過訓練集訓練而成，所述訓練集為傳感器數據、環境數據和歷史檢測記錄在內的歷史監測數據。

25、可選的，獲取監測結果包括：

26、若所述建筑群的監測數據偏離所述建筑群健康狀態指標，則輸出異常告警信息，并根據所述異常告警信息，確定所述建筑群的異常狀態等級。

27、與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：

28、本發明公開了一種基于多源數據融合的建筑群健康監測方法。該方法通過三維激光掃描獲取建筑群高精度點云數據，結合北斗定位系統時空信息進行配準，構建統一時空基準下的建筑群三維模型。在此基礎上，建立建筑物間拓撲結構模型，采用有限元分析模擬荷載傳遞和共振效應。通過多尺度分析提取關鍵特征，融合得到綜合健康狀態指標。通過健康狀態指標能夠對建筑群數據進行異常監測，有效提升建筑群安全監測的精度和效率。

技術特征：

1.一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，其特征在于，獲取所述三維點云數據包括：

3.根據權利要求1所述的一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，其特征在于，基于所述三維點云數據和北斗定位數據，獲取建筑物之間的拓撲結構包括：

4.根據權利要求3所述的一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，其特征在于，將所述三維點云數據和北斗定位數據進行配準，建立統一的時空基準包括：

5.根據權利要求1所述的一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，其特征在于，采用有限元分析法，對所述拓撲結構進行分析，獲取分析結果包括：

6.根據權利要求1所述的一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，其特征在于，采用多尺度分析法，提取所述建筑群的特征信息包括：

7.根據權利要求1所述的一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，其特征在于，所述建筑群異常監測模型通過訓練集訓練而成，所述訓練集為傳感器數據、環境數據和歷史檢測記錄在內的歷史監測數據。

8.根據權利要求1所述的一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，其特征在于，獲取監測結果包括：

技術總結
本發明公開了一種基于三維激光掃描與北斗定位的大型公共建筑健康監測方法，包括：獲取三維點云數據和北斗定位數據；基于所述三維點云數據和北斗定位數據，獲取建筑物之間的拓撲結構，采用有限元分析法，對所述拓撲結構進行分析，獲取分析結果；采用多尺度分析法，提取建筑群的特征信息，并結合所述分析結果，獲取建筑群健康狀態指標；獲取待監測建筑群數據，將所述待監測建筑群數據和建筑群健康狀態指標輸入至建筑群異常監測模型，獲取監測結果。本發明通過結合三維點云數據和北斗定位數據，能夠有效提升建筑群安全監測的精度和效率。

技術研發人員：張哲,宋佩瑤,鮮林鴻,馮明耀,徐洪祥,安勇,王金鋒,趙展鋒,武玉杰,朱國洋,國云柱,張軍,趙軍
受保護的技術使用者：中鐵建工集團有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28